CMOS集成电路应用常识
电工电子综述CMOS集成电路
CMOS集成电路摘要：CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件，是组成CMOS数字集成电路的基本单元。
CMOS 集成电路是目前大规模(LSI)和超大规模(VLSI)集成电路中广泛应用的一种电路结构，相对于传统的双极型、NMOS和PMOS集成电路而言，其在功率消耗、噪声抑制等方面具有明显的优势。
关键词：CMOS 集成电路优势工作原理防护措施一、CMOS集成电路简介CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件，是组成CMOS数字集成电路的基本单元。
在计算机领域，CMOS常指保存计算机基本启动信息（如日期、时间、启动设置等）的芯片。
有时人们会把CMOS和BIOS混称，其实CMOS是主板上的一块可读写的RAM 芯片，是用来保存BIOS的硬件配置和用户对某些参数的设定。
CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。
CMOS ROM本身只是一块存储器，只有数据保存功能。
而对BIOS中各项参数的设定要通过专门的程序。
BIOS设置程序一般都被厂商整合在芯片中，在开机时通过特定的按键就可进入BIOS设置程序，方便地对系统进行设置。
因此BIOS设置有时也被叫做CMOS设置。
早期的CMOS是一块单独的芯片MC146818A（DIP封装），共有64个字节存放系统信息。
386以后的微机一般将 MC146818A芯片集成到其它的IC芯片中（如82C206，PQFP封装），586以后主板上更是将CMOS与系统实时时钟和后备电池集成到一块叫做DALLDA DS1287的芯片中。
随着微机的发展、可设置参数的增多，现在的CMOS ROM一般都有128字节及至256字节的容量。
为保持兼容性，各BIOS 厂商都将自己的BIOS中关于CMOS ROM的前64字节内容的设置统一与MC146818A 的CMOS ROM格式一致，而在扩展出来的部分加入自己的特殊设置，所以不同厂家的BIOS芯片一般不能互换，即使是能互换的，互换后也要对CMOS信息重新设置以确保系统正常运行。
CMOS集成电路使用注意事项
CMOS集成电路使⽤注意事项CMOS集成电路使⽤注意事项CMOS集成电路的安装为了避免由于静电感应⽽损坏电路，焊接CMOS集成电路所使⽤的电烙铁必需良好接地，焊接时间不得超过5秒。
最好使⽤20~25W内热式电烙铁和502环氧助焊剂，必要时可使⽤插座。
在接通电源的情况下，不应装拆CMOS集成电路。
凡是与CMOS集成电路接触的⼯序，使⽤的⼯作台及地板严禁铺垫⾼绝缘的板材（如橡胶板、玻璃板、有机玻璃、胶⽊板等），应在⼯作台上铺放严格接地的细钢丝⽹或铜丝⽹，并经常检查接地可靠性。
CMOS集成电路的测试测试时所有CMOS集成电路的仪器、仪表均应良好接地。
如果是低阻信号源，应保证输⼊信号不超过CMOS集成电路的电源电压范围（CXXX系列为7~15V，C4000系列为3~18V），既VSS≤Vi≤VDD。
如果输⼊信号⼀定要超过CMOS集成电路的电源电压范围，则应在输⼊端加⼀个限流电阻，使输⼊电流不超过5mA，以避免CMOS集成电路内部的保护⼆极管烧毁。
若信号源和CMOS集成电路⽤两组电源，开机时，应先接同CMOS集成电路电源，后接通信号源电源。
关机时，应先关信号源电源，后关CMOS集成电路电源。
CMOS集成电路的保护措施因为CMOS集成电路输⼊阻抗极⾼，随机的静电积累很可能使电路引出端任意两端的电压超过MOS管栅击穿电压，从⽽引起电路损坏。
所以，CMOS集成电路不⽤时应把电路的外引线全部短路，或放在导电的屏蔽容器内，以防被静电击穿。
CMOS集成电路的互换在使⽤中有些CMOS集成电路是可以直接换⽤。
如国产CC4000可与国外产品CD4000、MC14000系列直接代换。
对于那些管脚排列和封装形式完全⼀致，但电参数有所不同的CMOS集成电路，换⽤时要⼗分注意。
如国产CC4000和CXXX 中有些品种，它们的⼯作电压有所差异，CC4000为3~18V、CXXX为7~15V。
换⽤时要考虑到电源供电及负载能⼒问题。
另外，对于那些封装形式及管脚排列不同的CMOS集成电路，⼀般不能直接代换。
使用CMOS集成电路需注意的几个问题
1，TTL电平：输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。
在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。
最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。
2，CMOS电平：1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。
而且具有很宽的噪声容限。
3，电平转换电路：因为TTL和COMS的高低电平的值不一样（ttl 5v<＝＝>cmos 3.3v），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。
哈哈4，OC门，即集电极开路门电路，OD门，即漏极开路门电路，必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。
否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动门电路。
5，TTL和COMS电路比较：1）TTL电路是电流控制器件，而coms电路是电压控制器件。
2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。
COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。
COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。
3）COMS电路的锁定效应：COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。
这种效应就是锁定效应。
当产生锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。
防御措施：1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。
2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。
3）在VDD和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去。
4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启COMS电路得电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭COMS电路的电源。
6，COMS电路的使用注意事项1）COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。
CMOS模拟集成电路设总复习
I VT ln(n) R1
Vout
mR2 R1
VT
ln(n) VEB3
Vout 2 ln(n) k VEB3 2m ln(n) 8.67 102 2.2 0
T
q T
只要满足右式的所有m，n均可 mln(n) 12.7
知识点
1.MOS器件原理 2.电流镜 3.带隙基准 4.反相器（三种类型） 5.差分放大器 6.共源共栅放大器 7.输出放大器 8.运算放大器
0.7
0.91V
M1饱和：VDS1 VGS1 VT
Vb VGS2 VGS1 VT
Vb VGS1 VGS2 VT
2I REF
K ' (W / L)2
2I REF K '(W / L)1
VT
2 0.1103
2 0.1103
110106 40 0.7 110106 40
1.11V
例题
L
COX
OX
tOX
K': 跨导参数
K ' COX 0
MOS管的大信号模型
饱和区电流（以NMOS为例）：
iD
K'
W 2L
(vGS
VT
)2
线性区电流（以NMOS为例）：
iD
K'W L
[(vGS
VT
)
( vDS 2
)]vDS
PMOS的饱和区和线性区电流表达式？
小信号模型
MOS管的小信号模型
输出电阻
VSG3 VDD VICmax VTN 2.5 2 0.7 1.2
VSG3
K 'P
2ID (W /
L)3
| VTP
| 1.2
CMOS集成电路应用常识
CMOS集成电路应用常识电路的极限范围。
表1列出了CMOS集成电路的一般参数，表2列出了CMOS集成电路的极限参数。
CMOS 集成电路在使用过程中是不允许在超过极限的条件下工作的。
当电路在超过最大额定值条件下工作时，很容易造成电路损坏，或者使电路不能正常工作。
表1 CMOS集成电路（CC4000系列）的一般参数表表2 CMOS集成电路（CC4000系列）的极限参数表应当指出的是：CMOS集成电路虽然允许处于极限条件下工作，但此时对电源设备应采取稳压措施。
这是因为当供电电源开启或关闭时，电源上脉冲波的幅度很可能超过极限值，会将电路中各MOS晶体管电极之间击穿。
上述现象有时并不呈现电路失效或损坏现象，但有可能缩短电路的使用寿命，或者在芯片内部留下隐患，使电路的性能指标逐渐变劣。
工作电压、极性及其正确选择。
在使用CMOS集成电路时，工作电压的极性必须正确无误，如果颠倒错位，在电路的正负电源引出端或其他有关功能端上，只要出现大于的反极性电压，就会造成电路的永久失效。
虽然CMOS集成电路的工作电压范围很宽，如CC4000系列电路在3~18V的电源电压范围内都能正常工作，当使用时应充分考虑以下几点：1. 输出电压幅度的考虑。
电路工作时，所选取的电源工作电压高低与电路输出电压幅度大小密切相关。
由于CMOS集成电路输出电压幅度接近于电路的工作电压值，因此供给电路的正负工作电压范围可略大于电路要求输出的电压幅度。
2. 电路工作速度的考虑。
CMOS集成电路的工作电压选择，直接影响电路的工作速度。
对CMOS集成电路提出的工作速度或工作频率指标要求往往是选择电路工作电压的因素。
如果降低CMOS集成电路的工作电压，必将降低电路的速度或频率指标。
3. 输入信号大小的考虑。
工作电压将限制CMOS集成电路的输入信号的摆幅，对于CMOS集成电路来说，除非对流经电路输入端保护二极管的电流施加限流控制，输入电路的信号摆幅一般不能超过供给电压范围，否则将会导致电路的损坏。
cmos的工作原理简述及应用
CMOS的工作原理简述及应用1. 什么是CMOS技术CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor），即互补金属氧化物半导体技术，是一种集成电路制造技术。
CMOS技术主要通过硅基材料和氧化物薄膜构成的半导体MOS管实现的互补工作原理。
2. CMOS的工作原理CMOS技术的核心是构成集成电路的两个互补型MOS管：P型MOS管（PMOS）和N型MOS管（NMOS）。
这两种管子具有互补的作用，通过互相接驳实现集成电路的正常工作。
在CMOS电路中，PMOS管和NMOS管的栅极电压（即输入信号）不同，栅极电压高时，PMOS管导通，NMOS管截止；栅极电压低时，PMOS管截止，NMOS管导通。
这种互补工作原理使得CMOS电路在工作时能够产生高的电平和低的电平，从而实现数据的传输和处理。
3. CMOS的优点CMOS技术在集成电路领域具有许多优点：•低功耗：CMOS技术采用的是固态器件，因此功耗非常低，具有较低的能耗。
•高集成度：由于CMOS电路的小尺寸和高集成度，可以将大量晶体管集成在一个芯片上，实现复杂的功能。
•抗干扰性强：CMOS电路采用互补工作原理，可以有效降低电磁干扰和噪声对电路性能的影响。
•稳定性好：CMOS电路的设计和制造工艺比较成熟，具有较好的稳定性和可靠性。
•工作电压范围广：CMOS电路可以在较低的电压下正常工作，从而降低功耗。
4. CMOS的应用领域由于CMOS技术具有低功耗、高集成度和稳定性好等优点，广泛应用于各个领域的集成电路设计中。
4.1 处理器CMOS技术是现代处理器的基础。
高性能和低功耗是处理器设计的两个关键要求，而CMOS技术的优势正能够满足这些要求。
CMOS处理器具有更高的性能、更低的功耗和较低的发热量，广泛应用于个人电脑、服务器和移动设备等领域。
4.2 存储器CMOS技术在存储器领域也有重要应用。
静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）都是常见的CMOS存储器。
CMOS知识要点
CMOS知识要点CMOS即互补金属氧化物半导体，是一种低功耗、低电压操作的集成电路技术。
CMOS技术在现代电子器件和电子系统中得到广泛应用。
下面将介绍CMOS知识的要点。
1.CMOS工作原理：CMOS技术利用p型和n型MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）的互补工作原理来完成逻辑功能。
p型MOSFET(PMOS)使用电负性较强的p型半导体做承载物，而n型MOSFET(NMOS)使用电负性较强的n型半导体做承载物。
通过对MOSFET的控制，可以实现逻辑门电路。
2. CMOS与TTL：与TTL (transistor-transistor logic) 相比，CMOS电路具有低功耗和高噪音容忍度的优点。
在CMOS电路中，只有在输入数据发生变化时才会有短暂的功耗，而在TTL电路中，输入电压的改变会导致连续的功耗。
另外，CMOS电路还可以使用较低的供电电压，从而减少功耗。
3. CMOS与LDMOS：CMOS和LDMOS (laterally-diffused metal–oxide–semiconductor) 均为MOSFET的变种。
CMOS适用于数字逻辑电路，而LDMOS适用于功率放大器和射频电路。
CMOS的设计更加复杂，需要小而均匀的晶圆技术，而LDMOS更适合进行功率放大和射频应用，需要较大的面积。
4.CMOS的应用领域：CMOS技术已广泛应用于电子设备和系统中。
例如，CMOS技术用于数字逻辑电路、处理器、存储器、传感器、数据转换器、射频电路等。
CMOS技术还可以应用于医疗设备、无线通信、汽车电子、计算机显示器、摄像头等领域。
5.CMOS电路设计流程：CMOS电路设计流程主要包括需求分析、高层级设计、逻辑设计、电气设计、版图设计和验证。
需求分析阶段确定系统级需求和性能指标，高层级设计阶段确定系统结构和模块划分，逻辑设计阶段实现逻辑功能，电气设计阶段确定电源和信号电路，版图设计阶段进行元件布局和连线，验证阶段对设计进行功能验证和性能验证。
COMS电路的使用注意事项
COMS电路的使用注意事项COMS电路的使用注意事项(1)、COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。
所以，不用的输入管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。
在COMS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的输入管脚不能悬空，一般接上拉电阻产生降低输入阻抗，提供泄荷通路。
(2)、输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在1mA之内。
(3)、当接长信号传输线时，在COMS电路端接匹配电阻。
(4)、当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。
电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。
(5)、COMS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏COMS。
TTL电平：输出高电平〉2.4V 输出低电平〈0.4V在室温下，一般输出高电平是3.5V 输出低电平是0.2V。
最小输入高电平和低电平输入高电平〉=2.0V 输入低电平《=0.8V它的噪声容限是0.4V.1.电源极性电源极性不得接反，否则将损坏集成块。
使用IC插座时，管脚顺序不允许插反。
2.焊接焊接时，应采用20W内热式电烙铁，烙铁外壳需接地线，防止因漏电而损坏集成电路。
每次焊接时间应控制在3~5s内。
为了安全起见，也可先拔下烙铁插头，利用烙铁的余热进行焊接。
严禁在电路通电时进行焊接。
3.未通电决不能送输入信号在CMOS电路尚未接通电源时，决不可以将输入信号加到CMOS电路的输入端。
如果信号源和CMOS电路各用一套电源，则应先接通CMOS电源，再接通信号源的电源；关机时，应先切断信号源电源，再关掉CMOS电源。
4.通电V DD与V SS不得短路通电以后，不得将V DD(电源)与V SS（接地）短路，也不得将输出引脚与电源端短路，否则会损坏集成电路。
5.不用的输入端所接输入逻辑电平应适当所有不同的输入端，均应根据实际情况接上适当的逻辑电平（V DD 或V SS），不得悬空，否则电路的工作状态将不确定，并且会增加电路的功耗。
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CMOS集成电路应用常识
电路的极限范围。
表1列出了CMOS集成电路的一般参数，表2列出了CMOS集成电路的极限参数。
CMOS 集成电路在使用过程中是不允许在超过极限的条件下工作的。
当电路在超过最大额定值条件下工作时，很容易造成电路损坏，或者使电路不能正常工作。
表1 CMOS集成电路（CC4000系列）的一般参数表
表2 CMOS集成电路（CC4000系列）的极限参数表
应当指出的是：CMOS集成电路虽然允许处于极限条件下工作，但此时对电源设备应采取稳压措施。
这是因为当供电电源开启或关闭时，电源上脉冲波的幅度很可能超过极限值，会将电路中各MOS晶体管电极之间击穿。
上述现象有时并不呈现电路失效或损坏现象，但有可能缩短电路的使用寿命，或者在芯片内部留下隐患，使电路的性能指标逐渐变劣。
工作电压、极性及其正确选择。
在使用CMOS集成电路时，工作电压的极性必须正确无误，如果颠倒错位，在电路的正负电源引出端或其他有关功能端上，只要出现大于0.5V的反极性电压，就会造成电路的永久失效。
虽然CMOS集成电路的工作电压范围很宽，如CC4000系列电路在3~18V的电源电压范围内都能正常工作，当使用时应充分考虑以下几点：
1. 输出电压幅度的考虑。
电路工作时，所选取的电源工作电压高低与电路输出电压幅度大小密切相关。
由于CMOS集成电路输出电压幅度接近于电路的工作电压值，因此供给电路的正负工作电压范围可略大于电路要求输出的电压幅度。
2. 电路工作速度的考虑。
CMOS集成电路的工作电压选择，直接影响电路的工作速度。
对CMOS集成电路提出的工作速度或工作频率指标要求往往是选择电路工作电压的因素。
如果降低CMOS集成电路的工作电压，必将降低电路的速度或频率指标。
3. 输入信号大小的考虑。
工作电压将限制CMOS集成电路的输入信号的摆幅，对于CMOS集成电路来说，除非对流经电路输入端保护二极管的电流施加限流控制，输入电路的信号摆幅一般不能超过供给电压范围，
否则将会导致电路的损坏。
4. 电路功耗的限制。
CMOS集成电路所选取的工作电压愈高，则功耗就愈大。
但由于CMOS集成电路功耗极小，所以在系统设计中，功耗并不是主要考虑的设计指标。
输入和输出端使用规则。
1. 输入端的保护方法。
在CMOS集成电路的使用中，要求输入信号幅度不能超过VDD—VSS。
输入信号电流绝对值应小于10mA。
如果输入端接有较大的电容C时，应加保护电阻R，如附图1所示。
R的阻值约为几十欧姆至几十千欧姆。
2. 多余输入端的处置。
CMOS集成电路多余输入端的处置比较简单，下面以或门及与门为例进行说明。
如附图2所示，或门（或非门）的多余输入端应接至VSS端；与门（与非门）的
多余输入端应接至VDD端。
当电源稳定性差或外界干扰较大时，多余输入端一般
不直接与电源（地）相连，而是通过一个电阻再与电源（地）相连，如图3所示，
R的阻值约为几百千欧姆。
另外，采用输入端并联的方法来处理多余的输入端也是可行的。
但这种方法只能在电路工作速度不高，功耗不大的情况下使用。
3. 多余门的处置。
CMOS集成电路在一般使用中，可将多余门的输入端接VDD或VSS，而输出端
可悬空不管。
当用CMOS集成电路来驱动较大输入电流的元器件时，可将多余门
按逻辑功能并联使用。
4. 输出端的使用方法。
在高速数字系统中，负载的输入电容将直接影响信号的传输速度，在这种情况下，
CMOS集成电路的扇出系数一般取为10~20。
此时，如果输出能力不足，通常的解
决方法是选用驱动能力较强的缓冲器（如四同相/反相缓冲器CC4041），以增强输
出端吸收电流的能力。
寄生可控硅效应的防护措施。
由于CMOS集成电路的互补特点，造成了在电路内部有一个寄生的可控硅（VS）效应。
当CMOS集成电路受到某种意外因素激发，如电感、电火花，在电源上引起的噪声往往要超过CMOS集成电路的击穿电压（约25V）。
这时，集成电路的VDD端和VSS端之间会出现一种低阻状态，电源电压突然降低，电流突然增加，如果电源没有限流措施，就会把电路内部连接VDD 或VSS的铝线烧断，造成电路永久性损坏。
如果电源有一定的限流措施（例如电源电流限在250mA以内），在出现大电流、低电压状态时，及时关断电源，就能保证电路安全无损。
重新打开电源，电路仍能正常工作。
简单的限流方法是用电阻和稳压管进行限流，如附图1所示。
图中稳压管的击穿电压就是CMOS集成电路的工作电压，电阻用来限流，电容用来提供电路翻转时所需的瞬态电流。
寄生VS造成损坏的电路用万用表电阻挡就可判断。
正常电路，VDD—VSS之间有二极管特性：VS烧毁的电路，VDD~VSS之间呈开路状态。
在系统中，被损坏的电路如果加交流信号，其输出电平范围很窄，既高电平不到VDD，低电平不到VSS，而且不能驱动负载。
正常的CMOS集成电路用JT-1晶体管特性测试仪测量，能得到如图2所示的击穿特性曲线。
测试方法：VDD接正电源，VSS接地，所有的输入端接VDD或VSS，测量集成电路的击穿特性。